基于WSR與C-OWA的地鐵施工安全模糊綜合評價(jià)研究*

張文靜 周雙禧 王均山 薛奎剛

(1.天津理工大學(xué)管理學(xué)院，天津 300384；2.中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300；3.中鐵建華北投資發(fā)展有限公司，天津 300110)

0 引言

我國城市化進(jìn)程不斷加快，地下交通方式有效緩解了人們的出行壓力，地鐵建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量日益增多。受管線交錯(cuò)、地質(zhì)復(fù)雜等眾多不確定因素的影響，地鐵施工過程具有技術(shù)復(fù)雜、施工環(huán)境差以及人機(jī)協(xié)同作業(yè)等特點(diǎn)[1]，極易導(dǎo)致施工事故，造成不良的社會(huì)影響。因此，急需建立一套客觀科學(xué)的地鐵施工安全評價(jià)體系，提升地鐵施工安全管理水平。

近年來，學(xué)者們針對地鐵施工安全開展了深入研究。例如：夏潤禾等[2]以人因作為關(guān)鍵影響因素，利用ABC分析法構(gòu)建地鐵車站不安全行為風(fēng)險(xiǎn)管理模型，指出早期干預(yù)對于地鐵施工工人的不安全行為最為關(guān)鍵；魏丹[3]在地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中引入故障樹，并結(jié)合層次分析法對地鐵施工安全展開評價(jià)；周盛世等[4]根據(jù)“人、機(jī)、材、制、環(huán)”5個(gè)方面篩選指標(biāo)因素，以D-S證據(jù)理論和投影尋蹤法(PPC)建立風(fēng)險(xiǎn)概率與風(fēng)險(xiǎn)后果的施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型；肖琪聃等[5]結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目構(gòu)建了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，為預(yù)防地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)提供了有效手段；黃震等[6]為解決指標(biāo)潛在的不確定性和模糊性，構(gòu)建了基于云理論的盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)模型。

綜上所述，目前針對地鐵施工安全的研究成果頗豐，但現(xiàn)有研究視角多集中于整個(gè)地鐵項(xiàng)目，缺乏針對單個(gè)地鐵項(xiàng)目施工安全的研究，評價(jià)視角局限且層次單一。此外，現(xiàn)有研究評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定往往較為單一，對指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性和整體性考慮不足。而WSR是一種兼顧問題整體性和層次性，解析要素間相互關(guān)系、交叉影響的系統(tǒng)性方法論[7]，其核心機(jī)理是從物理、事理、人理三個(gè)維度分析復(fù)雜問題。因此，本文通過WSR 理論方法構(gòu)建地鐵施工安全管理模型，結(jié)合專家建議修訂和完善指標(biāo)體系，采用C-COW算子分別計(jì)算各安全評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立較為完善的地鐵施工安全管理體系。

1 基于WSR 與C-OWA的施工安全評價(jià)方法概述

1.1 WSR理論方法

20世紀(jì)90年代，顧基發(fā)和朱志昌共同提出物理-事理-人理(WSR)方法論[8]。目前,WSR作為有效解決復(fù)雜問題的方法論之一，已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域[9-10]。其中，物理是指物質(zhì)本身的原理，即“是什么”；事理是指做事的道理和方法，即“怎么做”；人理是指人為的原因或道理。因此，必須綜合考慮物理、事理和人理三個(gè)要素，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，以獲得問題的最佳解決途徑。

地鐵施工項(xiàng)目屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程，作業(yè)中的安全影響因素具有量大、繁雜、多變等特點(diǎn)，各因素之間相互影響、相互滲透。從系統(tǒng)角度來看，施工安全因素融于一種以相對關(guān)系存在而形成的復(fù)雜系統(tǒng)中，從客觀存在的環(huán)境類安全因素到施工管理類安全因素再到施工中最為重要的人員類安全因素，環(huán)環(huán)相扣，相互影響，與物理、事理、人理一一對應(yīng)?；诖?，本文從物理、事理、人理三個(gè)維度構(gòu)建地鐵施工安全評價(jià)體系，旨在全面分析地鐵施工安全影響因素。

1.2 C-OWA 算子基本原理

王煜在序加權(quán)平均(Ordered Weighted Averaging，OWA)算子的基礎(chǔ)上提出精簡計(jì)算過程、提高賦值可靠度的C-OWA 算子。為消除決策者主觀偏好，在對數(shù)據(jù)排序后進(jìn)行數(shù)據(jù)的組合賦權(quán)，以有效實(shí)現(xiàn)權(quán)重和數(shù)據(jù)相結(jié)合，最大限度地降低極值造成的負(fù)面效應(yīng)，確定指標(biāo)的最終權(quán)重。目前，C-OWA 算子被廣泛應(yīng)用于處理專家認(rèn)知極值、削弱專家認(rèn)知極端性等研究領(lǐng)域[11]。而地鐵施工安全評價(jià)普遍存在大量指標(biāo)泛化、指標(biāo)模糊性較強(qiáng)等問題，尤其是對于指標(biāo)體系的修正和更改主要依賴相關(guān)行業(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)。采用目前主流的賦權(quán)方法均難以消除專家差異性認(rèn)知帶來的極值性影響。因此，本文在地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)賦值中引入C-OWA 算子，基于專家的決策與判斷結(jié)果，公平、科學(xué)、有效地開展數(shù)據(jù)賦權(quán)。

2 基于WSR 的地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

地鐵施工的現(xiàn)場環(huán)境、技術(shù)要求、人員協(xié)調(diào)十分復(fù)雜，各因素間相互聯(lián)系、交叉作用。通過對天津地鐵6號(hào)線施工的設(shè)計(jì)方案、施工組織設(shè)計(jì)和類似工程施工安全因素進(jìn)行收集和分析，利用 WSR 系統(tǒng)方法論，從物理、事理、人理三個(gè)維度分析地鐵施工安全影響因素，明確關(guān)鍵影響因素，構(gòu)建地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。具體分析如下。

圖1 基于WSR的地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)體系

2.1 物理(W)維度

物理是指客觀存在于地鐵施工過程中的物質(zhì)或規(guī)律。主要包括施工現(xiàn)場環(huán)境因素及施工所使用的機(jī)械材料等，如施工作業(yè)環(huán)境、設(shè)備性能、自然災(zāi)害、材料質(zhì)量、沿線地質(zhì)條件、下穿管線分布、周邊構(gòu)筑物影響等。

2.2 事理(S)維度

事理是指根據(jù)“物理”的基礎(chǔ)，采取科學(xué)有效的措施確保施工趨于最優(yōu)安全狀態(tài)，從而保障項(xiàng)目順利實(shí)施。主要包括施工管理制度和施工涉及的工藝技術(shù)等方面，如安全生產(chǎn)制度、工期延誤、安全監(jiān)控、事故預(yù)警、腳手架搭設(shè)情況、設(shè)備養(yǎng)護(hù)、洞內(nèi)運(yùn)輸情況、材料堆放及防水等。

2.3 人理(R)維度

人理指地鐵施工過程中涉及的各種人際關(guān)系及變化的過程，強(qiáng)調(diào)通過“人”的協(xié)調(diào)管理保證地鐵施工組織有序運(yùn)行。主要包括人員因素及施工中的組織協(xié)調(diào)等方面，如人員安全意識(shí)、管理層管理水平、施工人員技術(shù)水平、施工人員操作規(guī)范、組織安全及文化等。

3 基于C-OWA的地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)體系模型

3.1 基于C-OWA算子賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)具有模糊不確定性，而目前常用的賦權(quán)方法多基于專家差異性認(rèn)知，難以消除極值問題。為避免在權(quán)重賦值過程中受主觀性影響導(dǎo)致結(jié)果失真，本文采用C-OWA 算子削弱主觀性影響的負(fù)面效應(yīng)。具體計(jì)算步驟如下。

3.1.1 建立初始評價(jià)矩陣

首先，通過問卷形式邀請n名專家和地鐵相關(guān)人員對評價(jià)指標(biāo)打分，分值區(qū)間為0～10分，得到初始評價(jià)矩陣A(a1,a2,…,an)；其次，按照從大到小的順序?qū)Τ跏荚u價(jià)數(shù)據(jù)排序，得到新評價(jià)矩陣B(b0,b1,…,bn-1)。其中，b0>b1>b2>…>bn-1。

3.1.2 確定加權(quán)向量

(1)

式中，j=0,1,2,…,n-1；n為專家個(gè)數(shù)。

3.1.3 計(jì)算絕對權(quán)重

(2)

式中，i=0,1,2,…,m；m為評價(jià)指標(biāo)數(shù)量。

3.1.4 計(jì)算相對權(quán)重

計(jì)算評價(jià)矩陣A的相對權(quán)重wi，公式如下

(3)

3.2 建立模糊綜合評價(jià)模型

模糊綜合評價(jià)法是通過定量和定性相結(jié)合分析模糊現(xiàn)象的主觀描述方法[12]。具體計(jì)算步驟如下。

3.2.1 確定評價(jià)等級(jí)

該模型分為5個(gè)評判標(biāo)準(zhǔn)，即Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分別代表優(yōu)秀、良好、一般、較差、差。

3.2.2 確定模糊判斷矩陣

(4)

式中，x表示單維指標(biāo)的個(gè)數(shù)；y表示Z中元素的個(gè)數(shù)。

3.2.3 模糊綜合評價(jià)結(jié)果

(5)

4 實(shí)例分析

4.1 項(xiàng)目概況

天津地鐵6號(hào)線二期工程項(xiàng)目正線全長14.17km，建設(shè)范圍從梅林路站到咸水沽西站，正線共9站9區(qū)間，另有出入段線、主變電站及電纜隧道。車站總建筑面積18.08萬m2，正線隧道區(qū)間總長度11km，土方開挖174.22萬m3，盾構(gòu)掘進(jìn)(單線)2.5萬延長米。項(xiàng)目施工范圍包含車站及區(qū)間土建工程、二次砌筑及設(shè)備區(qū)裝修工程、人防工程、主變電站及電纜隧道土建工程。

4.2 確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

同理，計(jì)算指標(biāo)A32～A35的絕對權(quán)重，得到ω32=7.125、ω33=7.343 8、ω34=9.375、ω35=7。將絕對權(quán)重歸一化，得到二級(jí)指標(biāo)權(quán)重ω3=(0.221 0，0.180 0，0.185 5，0.236 8，0.176 8)。地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)權(quán)重見表1。

表1 地鐵施工安全評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4.3 計(jì)算模糊綜合評價(jià)矩陣

通過相關(guān)專家調(diào)研結(jié)果，計(jì)算得到模糊綜合評價(jià)矩陣如下

計(jì)算一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果，公式如下

0.111 1，0.092 7，0.092 7)=(0.129 7，0.248 3，0.223 0，0.163 5，0.235 7)

歸一化處理后得到

按照隸屬度最大原則，得到

同理，得到其他指標(biāo)模糊綜合評價(jià)結(jié)果，如下

4.4 評價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)隸屬度最大原則可知，天津地鐵6號(hào)線二期項(xiàng)目施工安全整體評價(jià)為優(yōu)秀。其中，物理和事理兩個(gè)維度評價(jià)均為優(yōu)秀，人理維度評價(jià)為良好。根據(jù)C-OWA算子求得的權(quán)重結(jié)果可知，物理維度是影響地鐵施工安全的主要因素指標(biāo)，其中，材料質(zhì)量、事故預(yù)警、施工人員操作規(guī)范三個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重較大，在施工階段應(yīng)密切關(guān)注。人理維度評價(jià)相對較低，因此，在實(shí)際施工管理過程中應(yīng)注重改進(jìn)人理維度。首先，提高施工作業(yè)人員、管理人員安全意識(shí)，定期召開安全學(xué)習(xí)會(huì)議，開展事故案例分析及相關(guān)安全培訓(xùn)；定期考核和檢查管理層監(jiān)管工作，并實(shí)施相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施；加強(qiáng)5G、大數(shù)據(jù)等智能監(jiān)控技術(shù)在地鐵施工安全管理方面的應(yīng)用，尤其需要加強(qiáng)對井下工作人員的監(jiān)控，切實(shí)保障施工安全。此外，應(yīng)密切關(guān)注施工人員生理和心理狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行相關(guān)人員的身體檢查和心理疏導(dǎo)；予以施工人員適度的薪酬激勵(lì)和充分的組織關(guān)懷，構(gòu)建獨(dú)具特色的企業(yè)文化，營造安全、和諧的施工氛圍。

5 結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)地鐵施工階段安全評估和管理，以天津地鐵6號(hào)線二期工程為例，建立地鐵施工階段安全評價(jià)指標(biāo)體系，并依據(jù)評價(jià)結(jié)果提出應(yīng)對措施。主要結(jié)論如下：

(1)結(jié)合WSR三維理論和施工現(xiàn)場實(shí)際，識(shí)別出地鐵施工階段安全影響因素，構(gòu)建了多層次、相互聯(lián)系的評價(jià)指標(biāo)體系，豐富了該指標(biāo)體系的理論內(nèi)容和實(shí)踐意義。

(2)基于C-OWA 算子實(shí)現(xiàn)評價(jià)指標(biāo)組合賦權(quán)，極大地削弱了極值對結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)一步降低了指標(biāo)的模糊性和不確定性，有效提升了指標(biāo)賦權(quán)的科學(xué)性。

(3)通過模糊綜合評價(jià)法對天津地鐵施工階段安全狀況進(jìn)行評估，研究結(jié)果顯示，該項(xiàng)目整體安全性達(dá)到優(yōu)秀水平，并指出主要安全影響指標(biāo)，為地鐵施工階段安全防控提供了新的思路。但是，本文缺乏針對性的改進(jìn)建議，在后續(xù)研究中應(yīng)深入專項(xiàng)措施研究，力求為地鐵施工階段安全提供更加完整、科學(xué)的管理保障。